柔性多体撞击系统的精细H∞控制系统

本文在柔性多体撞击系统动力学方程的基础上，将撞击看成是一种扰动，设计了一个稳定的控制器以使撞击扰动对控制输出的影响达到最小的目的，在分析过程中采用H∞控制原理对该问题进行了研究。在计算中，将精细积分法应用于状态动力学方程Riccati方程的求解中，使计算精度得到大幅度提高。最后通过数值例题说明了本文方法的有效性。     

卫星太阳能帆板的撞击问题

本文研究卫星帆板展开过程中的撞击问题，用子结构方法和单向递推组集方法行到经铰坐标和柔性体模态坐标为系统广义坐标的撞击阶段柔性多体系统的动力学方程，由与撞击有关约束方程的Ｌａｇｒａｎｇｅ乘子导出撞击力的计算公式，计算了卫星帆板在撞击过程中撞击力的最大值和卫星姿态角速度的变化规律。计算结果表明，对柔性体之间的碰撞，卫星姿态角速度在变化过程中呈现上下波动的趋势。     

载人飞船返回舱着陆撞击分析

建立了载人飞船返回舱着陆撞击的弹性模型，通过计算得到了返回舱着陆撞击的力学特性；详细推导了返回舱偏心着陆动力学方程，得到返回舱在各种着陆状态下获得的转动速度，为分析返回舱着陆后的运动奠定了基础。着陆撞击模型对航天回收，航空空降都有实际应用价值。     

太阳阵展开锁定过程柔性多体撞击动力学有限元分析

介绍了航天器太阳阵等大型附件柔性多体系统物理模型和结构有限元单元模型,利用二体撞击动力学模型阐述了撞击处理的撞击-释放条件,并给出了多体撞击动力学模型。其次对撞击动力学方程求解的难点及根据模型研制的FMIDASAD软件的程序设计与主要功能进行了简要描述,同时给出了FMIDASAD软件的考核和应用分析算例。     

空间伸展机构接触碰撞的动力学分析

本文以子结构离散的柔性多体系统动力学为基础，引入与碰撞有关的约束条件导出了描述碰撞过程的柔性多体系统的动力学方程。通过仿真计算可得到空间伸展机构撞击阶段的时间，构件在碰撞阶段的动力学响应；并从与约束方程相关的Ｌａｇｒａｎｇｅ乘子获得撞击力的变化规律。从而可较全面地描述空间伸展机构整个接触碰撞动力学过程。本文以伸展机构的两个构件碰撞过程的仿真为例详细介绍各种建模方法与计算方法。     

火箭大偏航入轨双回路扰动观测补偿有限时间收敛滑模控制

为实现参数不确定和扰动下运载火箭大偏航入轨过程高精度姿态稳定控制,提出了一种双回路扰动观测补偿有限时间收敛滑模控制方法。首先基于运载火箭飞行动力学方程构建了面向控制的姿态模型;然后分析模型中存在的复合扰动,构建双回路扰动观测补偿滑模控制框架;通过引入有限时间收敛微分器、观测器和滑模控制器,实现了运载火箭姿态控制回路对姿态指令的高精度快速响应。该方法能够有效观测并补偿同时存在的匹配和非匹配扰动项,提高运载火箭姿态控制系统对参数不确定的适应性。通过对比传统PID控制方法,充分验证了双回路扰动观测补偿有限时间收敛滑模控制方法的良好性能。     

基于变质心控制的再入飞行器机动能力分析

变质心控制作为一种新颖的控制方式,可克服传统再入飞行器气动舵等控制方案存在的舵面烧灼等弊端,它通过主动移动飞行器内部若干个质量块,可以有效调整飞行器的姿态并实现飞行器的姿态和机动控制.本文在推导变质心再入飞行器动力学方程的基础上,对该动力学方程进行了必要的简化,从而得到了变质心再入飞行器纵平面内的动力学和运动学方程,并计算得到质量块不同行程下飞行器可产生的法向过载大小.本文的研究对于变质心再入飞行器控制系统的设计提供了必要的理论参考依据.     

旋转导弹动力学耦合分析与解耦控制方法研究

对旋转导弹动力学耦合分析及其解耦控制方法进行了研究。给出了旋转导弹产生的运动耦合、控制耦合,以及加速度计不在质心耦合的机理。讨论了前馈补偿解耦和三回路驾驶仪解耦的方法。介绍了基于变结构控制理论的自动驾驶仪解耦设计:保留动力学方程中的全部耦合项,将耦合视作扰动,用变结构自适应控制方法对导弹俯仰/偏航通道进行独立设计,不要求给出系统参数的在线辨识和典型弹道特征点精确参数,由系统参数上下界可获得时变参数的信息综合控制律。给出了变结构控制律的设计步骤,所得控制系统的鲁棒性强、稳定域大,在包含建模误差、外界扰动等不确定因素的极限边界条件下仍能获得理想的控制效果。研究对强对称耦合和参数快时变系统的控制有一定的参考意义。     

大挠性航天器的模糊模型预测控制

针对带有大型挠性附件的航天器姿态控制系统，将自适应模糊控制和模型预测控制相结合，设计了大挠性航天器的模糊模型预测姿态控制策略。基于大挠性航天器的动力学模型，采用泰勒展开设计出了非线性模型预测控制律，避免了预测控制在线优化过程中繁琐的计算，有效降低了计算复杂度。针对大挠性附件振动导致的不确定性扰动对姿态控制的影响，使用自适应模糊控制来逼近不确定扰动。基于Lyapunov理论证明了控制系统的稳定性，并推导了模糊参数的自适应律。仿真结果表明所设计的控制策略对大挠性附件振动有很好的抑制作用，可以控制姿态角对期望值实现快速跟踪，具有较好的控制特性。     

航天器椭圆轨道自主交会的鲁棒H_∞控制

提出了一种航天器椭圆轨道自主交会鲁棒控制律的设计方法。用LAWDEN方程描述椭圆轨道交会的动力学,并将方程中的时变参数单独归类建立空间交会的线性不确定性模型。然后基于线性矩阵不等式(LMI),在考虑外部扰动的情况下,采用H∞理论设计自主交会的鲁棒控制律。为了提高系统的瞬态性能,在LMI的基础上完成了控制器的二次D稳定性分析。本文设计的控制器采用线性定常增益,易于工程实现。仿真结果说明所设计的控制律能够实现椭圆轨道下航天器的自主交会。     

基于减小初始扰动的弹管间隙优化设计方法

针对火箭/发射装置系统,用牛顿-欧拉法建立了火箭和发射管的动力学方程组,基于MATLAB平台编写了方程组求解程序,在此基础上分析了弹管间隙对火箭初始扰动的影响,并利用二次回归模型求出了弹管间隙的最优解。计算结果表明,初始扰动角和角速度是弹管间隙的二次函数,而最优弹管间隙为该二次函数构成的齐次方程的解。该方法能为火箭发射系统的设计提供参考。     

细长旋成体单孔微吹气扰动控制的数值研究

利用三维可压缩Navier-Stokes方程,对亚临界流动范围内不同Re数下,细长旋成体大迎角下单孔位微吹气扰动控制进行了数值计算,通过对不同截面压力分布和侧向力系数的对比,发现单孔微吹气扰动对细长旋成体侧向力有明显的控制能力,并且这个控制能力要受雷诺数的影响。     

地球扰动大气模型

本文介绍了地球扰动大气模型和建立该模型的方法。文中详细描述了该模型中,密度变化的各单个分量和风场变化的各单个分量,并给出了它们各自的计算公式。本大气扰动模型中包含了137个大气扰动状态方案,可供返回轨道计算、救生轨道计算和返回控制设计计算分别选用。     

基于热解动力学的绝热材料烧蚀研究

针对绝热材料的烧蚀热响应进行了研究。采用热解动力学模型计算材料热解,同时计算热解气体的一维流动。采用基于化学动力学控制及扩散控制的烧蚀模型计算材料表面的烧蚀。计算模型中采用有限体积法对能量方程进行离散计算,采用SIMPLE算法对热解气体的流动模型进行计算。计算结果表明,绝热材料内部的孔隙率呈梯度分布,材料的热解率是空间和时间的函数,烧蚀过程中部分材料处于原始材料状态。     

充液航天器液体晃动等效力学模型的建立

在考虑液体表面张力影响液体晃动求解的基础上,利用动力学方程等价准则,建立了三轴定向充液卫星在二维平动和二维摆动扰动作用下的空间摆等效力学模型,并对两种情况下等效摆的主要参数进行了计算和比较。结果表明,考虑表面张力时,液体的晃动特性对航天器姿态控制系统稳定性有不利影响。     

柔性航天器预设性能及时间自抗扰姿轨跟踪控制

针对柔性航天器的姿轨机动及跟踪控制问题,首先基于模块化的多体动力学建模方法在SE(3)框架下建立柔性航天器的姿-轨-结构一体化动力学模型,其中航天器的位置、姿态使用李群SE(3)上的指数坐标来描述,然后进一步推导其相对动力学模型。在此基础上提出一种基于预定义性能及时间的积分滑模跟踪控制方法,通过引入预定义时间扰动观测器估计柔性附件弹性振动及空间环境的扰动,并在控制律中加入扰动估计结果的前馈补偿项,通过Lyapunov理论证明了系统的闭环稳定性和跟踪误差收敛性。该算法通过对状态误差的实时监测来调整执行器的输出,使控制器在系统存在柔性振动及空间环境干扰的情况下仍可实现高精度的姿轨跟踪。将其应用至柔性航天器姿轨跟踪系统中,仿真结果表明了该控制方案的有效性和实用性。     

含有不平衡飞轮的卫星精确动力学模型研究

针对含不平衡飞轮的卫星动力学模型,给出了不平衡飞轮的转动惯量矩阵。用多刚体建模方法,建立了综合的完整姿态动力学分析模型,提出了质心位置的计算方法。通过飞轮系统的完整精确模型,将飞轮扰动对三轴姿态稳定卫星的影响反映至滚转一俯仰一偏航三轴姿态。Matlab／Simulink环境中仿真验证了该系统角动量为常值。分析了不平衡飞轮对卫星姿态的影响,并解释了模型的应用。研究表明飞轮扰动影响不可忽略,精确的动力学模型对未来航天器的应用有重要意义。     

电磁卫星编队位置跟踪滑模变结构控制

电磁卫星编队位置跟踪是存在输入延时和扰动不确定的控制问题,以卫星相对运动CW方程作为动力学模型,采用前馈加反馈的方式控制编队运动跟踪预定轨迹,前馈控制量由预定轨迹结合CW方程给出,反馈控制采用状态线性变换后的滑模变结构控制律.证明了滑模切换面可达以及滑模面上的运动与不确定扰动无关.数值仿真表明考虑时滞的控制相比未考虑时滞的控制,位置跟踪精度有所提高.     

航天器内部液体晃动对交会对接动力学与控制的影响

本文从力学变分原理出发,建立了交会对接过程中追踪飞行器与目标飞行器的动力学方程,导出了两个飞行器之间的相对运动方程。以此为基础,讨论了最后逼近阶段的平移过程中,追踪飞行器内部液体的晃动规律,并进一步对飞行器之间的相对运动做了定性分析,论述了液体的晃动对交会对接相对运动中的动力学与控制的影响。     

地球扰动大气模型

本文介绍了地球扰动大气模型和建立该模型的方法。文中详细描述了该模型中，密度变化的各单个分量和风场变化的各单个分量，并给出了它们各自的计算公式。本大气扰动模型中包含了１３７个大气扰动状态方案，可供返回轨道计算、救生轨道计算和返回控制设计计算分别选用。